JP4583093B2 - Bit rate extended speech encoding and decoding apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はCELP(Code Excited Linear Prediction)アルゴリズムを使用する音声コーデックに係り、特に、音質を向上させるために信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)ビット率を拡張する音声符号化及び復号化装置とその方法に関する。 The present invention relates to a speech codec that uses a Code Excited Linear Prediction (CELP) algorithm, and more particularly, speech coding and decoding that extends a signal-to-noise ratio (SNR) bit rate to improve sound quality. The present invention relates to an apparatus and a method thereof.
CELP構造を有する音声コーデックは現在、移動通信システムで最も広く使われるものであって、線形予測符号化(Linear Prediction Coding:LPC)を基本とする。このようなCELP構造を有する音声コーデックはサービスの種類によって要求される伝送率及び帯域幅が異なる。 A speech codec having a CELP structure is currently most widely used in mobile communication systems, and is based on linear prediction coding (LPC). A voice codec having such a CELP structure differs in required transmission rate and bandwidth depending on the type of service.
しかし、一般的な音声コーデックは伝送率及び帯域幅が符号化装置で設定されるので、復号化装置で伝送率及び帯域幅が選択できない。また、ネットワーク上で1つの送信端から幾つかの受信端にパケット情報を伝送するマルチキャスティングが行われる時、送信端の音声コーデックが固定されたビット率を有せば、相異なるビット率を要求する受信端に伝送されるパケット情報の質が低下されうる。 However, since the transmission rate and bandwidth are set by the encoding device in a general audio codec, the transmission rate and bandwidth cannot be selected by the decoding device. Also, when performing multicasting to transmit packet information from one transmitting end to several receiving ends on the network, if the audio codec at the transmitting end has a fixed bit rate, a different bit rate is required. The quality of packet information transmitted to the receiving end can be reduced.
これを改善するために、ビット率拡張音声符号化方式を採択した音声コーデックが提案された。このような音声コーデックは基本コーデックの情報だけでなく復元する信号をさらに正確にする情報が追加されるようにビットストリームを構成する。 In order to improve this, a speech codec adopting the bit rate extended speech coding scheme has been proposed. Such an audio codec configures a bitstream so that not only information on the basic codec but also information that makes the signal to be restored more accurate is added.
既存のビット率拡張音声符号化方式はSNRビット率拡張方法と帯域幅拡張方法とに大別できる。 Existing bit rate extended speech coding schemes can be broadly divided into SNR bit rate extension methods and bandwidth extension methods.
SNRビット率拡張方法による音声符号化は階層的コーディング方式で音声信号を符号化してから復号化する。すなわち、音声信号を基本階層と音質向上階層とに分けて音声信号を符号化する。基本階層は最小限の音質が復元できる情報のみを伝送する。音質向上階層では音質を向上させうる追加情報を伝送する。 In speech coding by the SNR bit rate extension method, a speech signal is encoded by a hierarchical coding method and then decoded. That is, the audio signal is encoded by dividing the audio signal into a basic layer and a sound quality improvement layer. The basic layer transmits only information that can restore the minimum sound quality. In the sound quality improvement layer, additional information that can improve sound quality is transmitted.
しかし、既存に提案されたSNRビット率拡張音声符号化装置は基本階層と音質向上階層とを独立的に符号化するように構成されている。したがって、固定コードブックを探索する時に要求される対象信号(または、ターゲットベクトル)と、インパルス応答との相関度と、エネルギーとを検出するための演算が基本階層及び音質向上階層でそれぞれ行われるので、固定コードブック探索のための媒介変数を求めるために多くの演算量が要求される。 However, the existing proposed SNR bit rate extended speech encoding apparatus is configured to encode the base layer and the sound quality improvement layer independently. Therefore, since the calculation for detecting the correlation between the target signal (or target vector) required when searching the fixed codebook, the impulse response, and the energy is performed in the basic layer and the sound quality improvement layer, respectively. Therefore, a large amount of computation is required to obtain a parametric variable for fixed codebook search.
そして、既存に提案されたSNRビット率拡張音声符号化装置は、前記音質向上階層を追加で運営するために、既存の標準化されたCELP音声符号化器の構造を変更しており、既存の標準化されたCELP音声符号化器と互換されない短所を有している。 In addition, the proposed SNR bit rate extended speech coder has changed the structure of an existing standardized CELP speech coder in order to additionally operate the sound quality enhancement layer. It has the disadvantage that it is not compatible with the CELP speech encoder.
本発明が解決しようとする技術的課題は、既存の標準化された音声コーデックの固定コードブックと多層構造をなす固定コードブックとを含み、既存の標準化された音声コーデックと互換性を有するSNRビット率を拡張する音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。 The technical problem to be solved by the present invention includes a fixed codebook of an existing standardized audio codec and a fixed codebook having a multilayer structure, and an SNR bit rate compatible with an existing standardized audio codec. The present invention provides a speech encoding and decoding apparatus and method for extending the above.
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、固定コードブック探索のための媒介変数を求める演算量が減少したSNRビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an SNR bit rate enhanced speech coding and decoding apparatus and method with a reduced amount of computation for determining a parameter for searching a fixed codebook. .
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、基本階層で探索された固定コードブックの寄与度と、音質向上階層の合成された励起信号が除去された対象信号とを利用して、音質向上階層の固定コードブックを探索するSNRビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to use the contribution of the fixed codebook searched in the basic layer and the target signal from which the synthesized excitation signal of the sound quality improvement layer is removed, It is an object of the present invention to provide an SNR bit rate extended speech encoding and decoding apparatus and method for searching a fixed codebook in a sound quality enhancement layer.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、基本階層で探索されたパルスの位置と音質向上階層で探索されたパルスの位置とが重複されることを許容することによって、代数コードブックの限界が克服できるSNRビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。 Yet another technical problem to be solved by the present invention is that an algebraic codebook allows a position of a pulse searched in a basic layer and a position of a pulse searched in a sound quality improvement layer to be overlapped. The present invention provides an SNR bit rate extended speech encoding and decoding apparatus and method capable of overcoming these limitations.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、音質向上階層での固定コードブックの利得値に対する量子化ビットを減らせるSNRビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to provide an SNR bit rate enhanced speech coding and decoding apparatus and method capable of reducing quantization bits for a gain value of a fixed codebook in a sound quality enhancement layer. By the way.
音声信号の符号化装置において、線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、前記基本階層で検出された前記固定コードブック探索のために必要な対象信号及びインパルス応答信号間の相関度d(n)と、パルスの符号及び前記相関度d(n)により定義される、前記相関度d(n)のサイズ情報に該当する相関度Cと、インパルス応答信号のエネルギーEと、を含み、前記基本階層での固定コードブック探索により得られる媒介変数に基づいて、各パルス、各パルスの符号及び各パルスの位置を対応付けた代数コードブックを探索することで固定コードブックを探索する音質向上階層と、を少なくとも1つ含み、前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器を含む音声信号の符号化装置を提供する。 In speech signal coding apparatus, and a base layer to produce an excitation signal of the linear using predictive coding filter the input audio signal, the filtered audio signal by a fixed codebook search and adaptive codebook search, the The correlation defined by the correlation d (n) between the target signal and the impulse response signal required for the fixed codebook search detected in the basic layer, and the code of the pulse and the correlation d (n) Each pulse, each pulse based on a parametric variable obtained by a fixed codebook search in the basic layer, including a degree of correlation C corresponding to size information of degree d (n) and an energy E of an impulse response signal small code and the speech quality enhancement layer searching fixed codebook by searching the algebraic codebook which associates the position of each pulse, the And a speech signal encoding device including a multiplexer that multiplexes the signal generated in the base layer and the signal generated in the sound quality enhancement layer and outputs the multiplexed signal. To do.
ここで、前記基本階層での固定コードブック探索及び音質向上階層での固定コードブック探索は代数コードブックを使用して行われる。 Here, the fixed codebook search in the basic layer and the fixed codebook search in the sound quality improvement layer are performed using an algebraic codebook.
ここで、前記音質向上階層は前記基本階層により行われた固定コードブック探索により得られた第1利得値と前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた第2利得値間の差を量子化する機能をさらに含む。 Here, the sound quality enhancement layer is a difference between a first gain value obtained by a fixed codebook search performed by the basic layer and a second gain value obtained by a fixed codebook search by the sound quality enhancement layer. It further includes a function to quantize.
ここで、前記多重化器は前記基本階層で生成される線形予測符号化係数の量子化情報、前記基本階層での固定コードブックインデックス、前記基本階層での適応コードブックインデックス、前記基本階層での固定コードブック利得値の量子化情報と前記基本階層での適応コードブック利得値の量子化情報、前記音質向上階層で生成される固定コードブックインデックス、及び前記基本階層の固定コードブック利得値と前記音質向上階層の固定コードブック利得値間の差値に対する量子化した情報を多重化することを特徴とする。 Here, the multiplexer includes quantization information of linear predictive coding coefficients generated in the base layer, a fixed codebook index in the base layer, an adaptive codebook index in the base layer, Quantization information of a fixed codebook gain value and quantization information of an adaptive codebook gain value in the base layer, a fixed codebook index generated in the sound quality enhancement layer, and a fixed codebook gain value of the base layer and the It is characterized in that the quantized information for the difference value between the fixed codebook gain values of the sound quality enhancement layer is multiplexed.
ここで、前記音質向上階層が複数であれば、前記多重化器は複数の音質向上階層で出力される固定コードブックインデックスと前記固定コードブック利得値間の差値に関する量子化した情報を多重化することを特徴とする。 Here, if there are a plurality of sound quality enhancement layers, the multiplexer multiplexes quantized information related to a difference value between the fixed codebook index output from the plurality of sound quality enhancement layers and the fixed codebook gain value. It is characterized by doing.
また、音声信号の符号化装置において、入力される音声信号を線形予測符号化フィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層と、前記基本階層で検出された前記固定コードブック探索のために必要な対象信号及びインパルス応答信号間の相関度d(n)と、パルスの符号及び前記相関度d(n)により定義される、前記相関度d(n)のサイズ情報に該当する相関度Cと、インパルス応答信号のエネルギーEと、を含み、前記基本階層での固定コードブック探索によって生成される媒介変数に基づいて、各パルス、各パルスの符号及び各パルスの位置を対応付けた代数コードブックを探索することで固定コードブックを探索する固定コードブック探索部、前記基本階層の前記固定コードブック探索により生成された第1固定コードブック利得値と前記固定コードブック探索部から出力される第2固定コードブック利得値間の差を検出し、検出された差を量子化する利得値差の量子化器を含む音質向上階層と、を複数具備し、前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する多重化器を含む音声信号の符号化装置を提供する。 Further, in the speech signal encoding apparatus, a base layer that performs linear predictive encoding filtering on an input speech signal and generates an excitation signal corresponding to the filtered speech signal by fixed codebook search and adaptive codebook search; , Defined by the correlation d (n) between the target signal and the impulse response signal necessary for the fixed codebook search detected in the basic layer, the code of the pulse and the correlation d (n), Each pulse includes a correlation degree C corresponding to the size information of the correlation degree d (n) and an energy E of an impulse response signal , based on a parameter generated by a fixed codebook search in the basic layer. , fixed code searching fixed codebook by searching the algebraic codebook which associates code and the position of each pulse of each pulse A book search unit for detecting a difference between a first fixed codebook gain value generated by the fixed codebook search of the base layer and a second fixed codebook gain value output from the fixed codebook search unit; A plurality of sound quality enhancement layers including a gain value difference quantizer for quantizing the difference, and multiplexing the signals generated in the basic layer and the signals generated in the sound quality enhancement layer An audio signal encoding device including an encoder is provided.
また、前記いずれかに記載の符号化装置により、基本階層と少なくとも1つの音質向上階層とに分けられて符号化された音声信号をデコードするための音声信号復号化装置において、前記符号化された音声信号のうち基本階層での符号化情報をデコードするための第1復号化ユニットと、前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記符号化された音声信号のうち音質向上階層での符号化情報を復元する第2復号化ユニットと、前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記第1復号化ユニットで復元された信号と前記第2復号化ユニットで復元された信号とを演算する演算ユニットと、前記第1復号化ユニットから出力される線形予測符号化係数を利用して前記演算ユニットから出力される信号を合成して音声信号を復元する音声信号復元ユニットと、を含む音声信号復号化装置を提供する。 Further, in the audio signal decoding apparatus for decoding an audio signal encoded by the encoding device according to any one of the above, the basic layer and at least one sound quality improvement layer are encoded. A first decoding unit for decoding encoded information in the basic layer of the audio signal, and encoded information in the sound quality improving layer of the encoded audio signal according to an operating environment of the audio signal decoding device A second decoding unit that restores the signal, an arithmetic unit that computes the signal restored by the first decoding unit and the signal restored by the second decoding unit according to the operating environment of the audio signal decoding device A speech signal for recovering a speech signal by synthesizing a signal output from the arithmetic unit using a linear predictive coding coefficient output from the first decoding unit; Providing an audio signal decoding apparatus including a source unit, a.
ここで、前記第1復号化ユニットは、前記基本階層での符号化情報に含まれている線形予測符号化係数の量子化情報をデコードする線形予測符号化係数の複合化部と、前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第1固定コードブック復号化部と、前記基本階層での符号化情報に含まれている適応コードブックインデックスをデコードする適応コードブック復号化部と、前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値と適応コードブック利得値とをそれぞれデコードする利得値復号化部と、を含む。 Here, the first decoding unit includes a linear prediction coding coefficient decoding unit that decodes quantization information of linear prediction coding coefficients included in the coding information in the base layer, and the base layer. A first fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in the encoded information in the code, and an adaptive codebook that decodes the adaptive codebook index included in the encoded information in the base layer A decoding unit; and a gain value decoding unit that respectively decodes a fixed codebook gain value and an adaptive codebook gain value included in the encoding information in the base layer.
ここで、前記第2復号化ユニットは、前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第2固定コードブック復号化部と、を含む。 Here, the second decoding unit includes a gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between fixed codebook gain values included in encoding information in the speech enhancement layer; A second fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in the encoded information in the sound quality enhancement layer.
ここで、前記演算ユニットは、前記利得値復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブック利得値と前記利得値差の復号化部から出力される前記デコードされた利得値との差を加算する第1加算器と、前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記利得値復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブック利得値または前記第1加算器から出力される利得値を伝送する第1選択スイッチと、前記第2固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた音質向上階層の固定コードブックと前記第1固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の固定コードブックとを加算する第2加算器と、前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記第2加算器から出力される信号または前記第1固定コードブック復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブックを伝送する第2選択スイッチと、前記適応コードブック復号化部から出力されるデコードされた適応コードブックと前記利得値復号化部から出力されるデコードされた適応コードブックとの利得値を乗算する第1乗算器と、前記第1選択スイッチから出力される信号と前記第2選択スイッチから出力される信号とを乗算する第2乗算器と、前記第1乗算岐路から出力される信号と前記第2乗算岐路から出力される信号とを加算する第3加算器と、を含む。 Here, the arithmetic unit calculates a difference between the decoded fixed codebook gain value output from the gain value decoding unit and the decoded gain value output from the gain value difference decoding unit. A first adder to be added, and the decoded fixed codebook gain value output from the gain value decoding unit or the gain value output from the first adder according to an operating condition of the audio signal decoding device. A first selection switch to be transmitted, a fixed codebook of a decoded sound quality enhancement layer output from the second fixed codebook decoding unit, and a decoded base layer output from the first fixed codebook decoding unit And a signal output from the second adder or the first fixed codebook depending on operating conditions of the audio signal decoding apparatus. A second selection switch for transmitting the decoded fixed codebook output from a codebook decoding unit; a decoded adaptive codebook output from the adaptive codebook decoding unit; and a gain value decoding unit A first multiplier that multiplies a gain value of the decoded adaptive codebook that is output; a second multiplication that multiplies the signal output from the first selection switch and the signal output from the second selection switch; And a third adder for adding the signal output from the first multiplication branch and the signal output from the second multiplication branch.
ここで、前記音声信号復元ユニットは、前記線形予測符号化係数を利用して前記第3加算器から出力される信号を合成する合成フィルタと、前記線形予測符号化係数と前記合成フィルタから出力される信号とを利用して前記復元された音声信号を得るための後処理ユニットと、を含む。 Here, the speech signal restoration unit outputs a synthesis filter that synthesizes a signal output from the third adder using the linear prediction coding coefficient, and is output from the linear prediction coding coefficient and the synthesis filter. And a post-processing unit for obtaining the reconstructed audio signal using a signal.
ここで、前記第2復号化ユニットは、前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする固定コードブック復号化部と、を含む。 Here, the second decoding unit includes a gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between fixed codebook gain values included in encoding information in the speech enhancement layer; A fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in the encoding information in the sound quality enhancement layer.
また、基本階層で入力された音声信号の線形予測符号化係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する段階と、少なくとも1つの音質向上階層で、前記基本階層で検出された前記固定コードブック探索のために必要な対象信号及びインパルス応答信号間の相関度d(n)と、パルスの符号及び前記相関度d(n)により定義される、前記相関度d(n)のサイズ情報に該当する相関度Cと、インパルス応答信号のエネルギーEと、を含み、前記基本階層で前記固定コードブックの探索によって生成された媒介変数に基づいて、各パルス、各パルスの符号及び各パルスの位置を対応付けた代数コードブックを探索することで固定コードブックを探索する段階と、前記基本階層と前記音質向上階層とにより生成される信号を多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法を提供する。 Extracting a linear predictive coding coefficient of the speech signal input in the base layer and generating an excitation signal corresponding to the input speech signal by fixed codebook search and adaptive codebook search; and at least one In the sound quality enhancement layer, the correlation d (n) between the target signal and the impulse response signal required for the fixed codebook search detected in the basic layer, the code of the pulse, and the correlation d (n) A parameter C defined by the size information of the correlation d (n) and an energy E of an impulse response signal defined in the basic variable and generated by searching the fixed codebook based on each pulse, the steps of searching fixed codebook by searching the algebraic codebook which associates code and the position of each pulse of each pulse, before Providing an audio signal encoding method comprising the steps of multiplexing the signals generated by said speech quality enhancement layer and base layer, an.
ここで、前記音質向上階層処理段階は複数段階で行われることを特徴とする。 Here, the sound quality improvement hierarchy processing step is performed in a plurality of steps.
ここで、前記音質向上階層処理段階は、前記基本階層処理段階で前記固定コードブック探索により得られた固定コードブック利得値と前記音質向上階層の固定コードブック探索により得られた利得値間の差値を量子化することを特徴とする。 Here, the sound quality enhancement layer processing step includes a difference between the fixed codebook gain value obtained by the fixed codebook search in the basic layer processing step and the gain value obtained by the fixed codebook search of the sound quality improvement layer. It is characterized by quantizing the value.
ここで、前記媒介変数は前記基本階層処理段階で生成された対象信号とインパルス応答間の第1相関度、前記第1相関度の大きさに対応する第2相関度及びインパルス応答信号のエネルギーを含むことを特徴とする。 Here, the parameter includes the first correlation between the target signal generated in the base layer processing step and the impulse response, the second correlation corresponding to the magnitude of the first correlation, and the energy of the impulse response signal. It is characterized by including.
ここで、前記いずれかに記載の音声信号符号化方法により、基本階層と少なくとも1つの音質向上階層とに符号化された音声信号を復号化するための音声信号復号化方法において、前記符号化された音声信号を復号化する段階と、前記復号化段階で復号化された基本階層に対するコードブックと音質向上階層に対するコードブックとを前記音声信号符号化の動作条件によって選択的に伝送する段階と、前記選択的に伝送されるコードブックと前記復号化段階で復号化された線形予測係数とを合成して復元された音声信号を生成する段階と、を含む。
ここで、前記復号化段階は、前記符号化された音声信号を基本階層に関する符号化情報と音質向上階層に関する符号化情報とにデマルチプレクスし、デマルチプレクスされた符号化情報をデコードすることを特徴とする。
ここで、前記音声信号復号化方法は、前記復号化段階でデコードされた基本階層での固定コードブックの利得値とデコードされた音質向上階層で含まれる固定コードブックの利得値間の差を加算して前記音質向上階層での固定コードブックの利得値を復元する段階をさらに含むことを特徴とする。
Here, in the audio signal decoding method for decoding the audio signal encoded into the base layer and at least one sound quality improvement layer by any of the audio signal encoding methods described above, the encoding is performed. Decoding the voice signal, and selectively transmitting the codebook for the base layer and the codebook for the sound quality enhancement layer decoded in the decoding step according to the operation condition of the voice signal encoding, Synthesizing the selectively transmitted codebook and the linear prediction coefficient decoded in the decoding step to generate a reconstructed speech signal.
Here, in the decoding step, the encoded audio signal is demultiplexed into encoded information related to a base layer and encoded information related to a sound quality improvement layer, and the demultiplexed encoded information is decoded. It is characterized by.
Here, the audio signal decoding method adds a difference between a fixed codebook gain value in the base layer decoded in the decoding step and a fixed codebook gain value included in the decoded sound quality enhancement layer. The method further comprises the step of restoring the gain value of the fixed codebook in the sound quality enhancement layer.
本発明によれば、既存の標準化されたCLEP音声符号化構造を変更せずにビット率が拡張できる構造を提示することによって、既存の標準化されたCLEP音声符号化装置を具備したシステムと互換可能である。 According to the present invention, by presenting a structure in which the bit rate can be expanded without changing an existing standardized CLEP speech coding structure, it is compatible with a system equipped with an existing standardized CLEP speech coding apparatus. It is.
また、前述した本願発明の一実施例によれば、基本階層の固定コードブック探索対象信号と音質向上階層の固定コードブック探索対象信号とを同様にすることによって、音質向上階層で探索されたコードブックは次のフレームのために保存されない、そのため、基本階層の動作に影響を与えない。 In addition, according to the above-described embodiment of the present invention, the code searched for in the sound quality improvement layer is obtained by making the fixed codebook search target signal in the base layer similar to the fixed codebook search target signal in the sound quality improvement layer. The book is not saved for the next frame, so it does not affect the operation of the base hierarchy.
そして、音質向上階層の固定コードブック探索時に、基本階層の固定コードブック探索時に求めた媒介変数値を使用することによって、音質向上階層の固定コードブック探索に要求される演算量を減らせる。 Then, the amount of calculation required for the fixed codebook search in the sound quality improvement layer can be reduced by using the parameter value obtained in the fixed codebook search in the basic layer during the fixed codebook search in the sound quality improvement layer.
また、本願発明の他の実施例によれば、音質向上階層の固定コードブック探索のために要求される対象信号は、基本階層の固定コードブック対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度と、音質向上階層の合成フィルタを通じて提供される以前の音質向上階層の固定コードブックの合成信号とを除去することによって、音質向上階層専用の対象信号を利用した固定コードブック探索が行われることによってさらに正確な固定コードブック探索が期待できる。 Further, according to another embodiment of the present invention, the target signal required for the fixed codebook search of the sound quality improvement layer, the fixed codebook contribution of the basic layer from the fixed codebook target signal of the basic layer, More accurate by performing a fixed codebook search using the target signal dedicated to the sound quality improvement layer by removing the synthesized signal of the fixed codebook of the previous sound quality improvement layer provided through the synthesis filter of the sound quality improvement layer Can be expected.
さらに、音質向上階層で探索されたパルスの位置と基本階層で探索されたパルスの位置とが同じになって、代数コードブックのパルスが同じ大きさを有する限界点を克服し、最終固定コードブックのパルスが多重大きさを有するので、復元される音声信号の音質が改善できる。 Furthermore, the position of the pulse searched for in the sound quality enhancement layer and the position of the pulse searched for in the basic layer become the same, overcoming the limit point where the pulses of the algebraic codebook have the same magnitude, and the final fixed codebook Therefore, the sound quality of the restored audio signal can be improved.
そして、音質向上階層の利得値は基本階層の量子化された利得値と音質向上階層の利得値間の差を量子化して相対的に動的範囲の小さな利得値差を量子化した値を伝送することによって、音質向上階層で利得値量子化に必要なビットが節約できる。 Then, the gain value of the sound quality improvement layer is a value obtained by quantizing the difference between the quantized gain value of the base layer and the gain value of the sound quality improvement layer and quantizing the gain value difference having a relatively small dynamic range. By doing so, it is possible to save bits necessary for gain value quantization in the sound quality enhancement layer.
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings. The same reference numerals provided in each drawing denote the same members.
図1は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声符号化装置の機能ブロック図である。図1を参照すれば、前記ビット率拡張音声符号化装置は、基本階層100と音質向上階層130とを含む多層固定コードブック構造を有する。
FIG. 1 is a functional block diagram of a bit rate extended speech encoding apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the bit rate extended speech encoding apparatus has a multi-layer fixed codebook structure including a
基本階層100では、最小限の音質が復元できる符号化情報が生成される。基本階層100は既存の標準化されたCELP音声符号化器の構成と類似している。したがって、基本階層100は、入力音声信号を線形予測符号化によりフィルタリングして入力音声信号に対応する励起信号を生成する。
In the
基本階層100は前処理ユニット102、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器104、合成フィルタ106、減算器108、認知加重フィルタ110、ピッチ分析部112、ピッチ寄与度の除去部115、固定コードブック探索部117、固定コードブック119、第1乗算器121、加算器123、適応コードブック124、第2乗算器126、利得値量子化器129で構成される。
The
前処理ユニット102は、ライン101を通じ入力される音声信号からDC成分を除去する。すなわち、前処理ユニット102は、ハイパスフィルタを使用して入力音声信号をフィルタリングして入力音声信号の低周波帯域のノイズ成分を除去する。使われたハイパスフィルタHh1(n)は数式(2)のような伝達関数を有する。
The
LPC係数の抽出及びベクトル量子化器104は、前記前処理ユニット102から出力される信号のLPC係数を抽出する。抽出されたLPC係数は、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器104によりベクトル量子化される。LPC係数のベクトル量子化情報はライン105を通じて合成フィルタ106と多重化器140とに伝送される。
The LPC coefficient extraction and
合成フィルタ106は、前記LPC係数のベクトル量子化情報を利用して、ライン128を通じて入力される励起信号に対応する合成された信号を出力する。前記合成された信号はライン107を通じて減算器108に出力される。
The
減算器108は、ライン103を通じて入力される前処理ユニット102から出力される信号からライン107を通じて入力される合成された信号を減算して差信号を生成する。前記差信号はライン109を通じて認知加重フィルタ110に伝送される。
The
認知加重フィルタ110は、人体聴覚構造のマスキング効果を利用するために、量子化雑音をマスキング臨界値以下に保持する。したがって、認知加重フィルタ110は前記差信号の量子化雑音が最小化されるように加重値を含む信号をピッチ分析部112に出力する。
The
ピッチ分析部112は認知加重フィルタ110から出力される信号に対して開回路ピッチと閉回路ピッチとを探索する。すなわち、ピッチ分析部112は認知加重フィルタ110から出力される信号を複数のサブフレームに分け、前記各サブフレームのピッチを分析して適応コードブックのインデックスと利得値とを出力する。前記適応コードブックのインデックスはライン113を通じてピッチ寄与度の除去部115と適応コードブック124とに伝送されながらライン114を通じて多重化器140に伝送される。また、前記適応コードブックの利得値は利得値量子化器129に提供される。
The
ピッチ寄与度の除去部115は、前記適応コードブック124のインデックスに基づいて、認知加重フィルタ110の出力信号から固定コードブック探索のために必要な対象信号(または、ターゲットベクトル)を検出する。そして、ピッチ寄与度の除去部115は、ライン111でピッチ寄与度y1(n)を減算して固定コードブック探索対象信号を、ライン116を通じて基本階層100の固定コードブック探索部117と音質向上階層130の固定コードブック探索部131とに出力する。ピッチ寄与度y1(n)は数式(3)によって求められる。
The pitch
固定コードブック探索部117は、ライン111を通じて入力された対象信号x’(n)を使用して対象信号とインパルス応答h(n)との相関度d(n)を求める。
The fixed
例えば、副フレームのサイズが40サンプルであり、各階層のパルス数が4つと仮定すれば、前記相関度d(n)は数式(4)のように定義されうる。 For example, assuming that the size of the subframe is 40 samples and the number of pulses in each layer is four, the correlation d (n) can be defined as Equation (4).
前記インパルス応答h(n)と相関度d(n)とは、ライン118’を通じて音質向上階層130の固定コードブック探索部131に提供される。
The impulse response h (n) and the correlation d (n) are provided to the fixed
前記固定コードブック探索部117は、前記インパルス応答h(n)と前記相関度d(n)とに基づいて、表1に示されたように、代数コードブック構造を有する固定されたコードブックを探索する。
Based on the impulse response h (n) and the correlation d (n), the fixed
固定コードブック検出部117は、合成フィルタ106のインパルス応答h(n)のエネルギーEを数式(6)により検出する。
The fixed
前記固定コードブック探索部117は、前記相関度Cとインパルス応答h(n)のエネルギーEとを保存する。相関度Cは、符号sign[d(i)]とその絶対値とに分けられて保存される。sign[d(i)]はd(i)の符号である。前記エネルギーEは数式(7)のような形態に保存される。
The fixed
固定コードブック119は、ライン118を通じて入力されたインデックスに基づいて、基本階層100の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブック119から出力される固定コードブックベクトルは、ライン120を通じて第1乗算器121に提供される。
The fixed
第1乗算器121は、利得値量子化器129で提供される前記固定コードブックの利得値に対する量子化利得値Gcを前記固定コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン122を通じて出力する。ライン122を通じて出力される信号は、固定コードブックのベクトルである。前記量子化利得値Gcは、利得値量子化器129から提供される。
The
ライン113を通じて適応コードブックインデックスが印加されれば、適応コードブック124は、前記適応コードブックインデックスに対応するパルスの位置情報と符号情報とを出力する。ライン125を通じて出力される適応コードブックベクトルは、第2乗算器126に提供される。
If the adaptive codebook index is applied through the
第2乗算器126は、適応コードブックの利得値に対する量子化された利得値Gpを前記ライン125を通じて伝送される適応コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン127を通じて出力する。前記ライン127を通じて出力される信号は、利得値Gpが乗算された適応コードブックのベクトルである。前記量子化された利得値Gpは、利得値量子化器129から提供される。
The
加算器123は、ライン122を通じて入力される量子化された利得値Gcと固定コードブックベクトルとを乗算して得た信号と、ライン127を通じて入力される量子化された利得値Gpと適応コードブックベクトルとを乗算して得た信号とを加算して励起信号を得る。前記励起信号は、ライン128を通じて合成フィルタ106に出力される。
The
利得値量子化器129は、固定コードブック探索部117から出力される固定コードブックの利得値とピッチ分析部112から出力される適応コードブックの利得値とをそれぞれ量子化する。前記固定コードブックの利得値を量子化した利得値Gcは、第1乗算器121に出力され、適応コードブックの利得値を量子化した利得値Gpは、第2乗算器126に出力される。前記量子化した利得値Gcは、音質向上階層130に含まれている利得値差の量子化器134にも提供される。
The
音質向上階層130は、復元される音質を向上させるために基本階層100で提供されるビット以外に追加的なビットをさらに提供するためのものである。例えば、基本階層100が、8kbpsのビット率を提供する時に、音質向上階層130が4kbpsの追加ビット率が提供できる。図1は説明の便宜上、1つの音声向上階層130が基本階層100に連結された構成を示したが、複数の音声向上階層が基本階層100に連結されうる。
The sound
音質向上階層130は、固定コードブック探索部131と利得値差の量子化器134とで構成される。固定コードブック探索部131は、ライン118’を通じて提供されるインパルス応答信号h(n)、対象信号とインパルス応答信号h(n)との相関度であるd(n)、パルスの符号と前記相関度であるd(n)とを利用して検出されたd(n)のサイズ情報に該当される相関度C及びインパルス応答信号h(n)のエネルギーEを利用して固定コードブックを探索する。
The sound
このように固定コードブック探索部131は、固定コードブック探索部117で探索された対象信号と同じ対象信号とに対する固定コードブック探索を行う。固定コードブック探索部131は、代数コードブックを使用する。固定コードブック探索部131は、対象信号(ターゲットベクトル)のMSE(Mean Square Error)を最小化し、数式(9)を最大化するベクトルckを見つける。見つけられたベクトルckが固定コードブックベクトルとなる。
In this way, the fixed
基本階層100の固定コードブックベクトルの次数が40であり、基本階層100及び音質向上階層130で大きさが0でないパルスをそれぞれ4つ探すと仮定すれば、基本階層100の固定コードブック117でまず4個のパルスを探し、音質向上階層130の固定コードブック探索部131で4個のパルスを探す。したがって、固定コードブック探索部131は基本階層100で探した4個のパルスの影響も考慮する。したがって、固定コードブック探索部131で得られる相関度C’は数式(10)のように定義でき、エネルギーE’は数式(11)のように定義されうる。
Assuming that the order of the fixed codebook vector of the
前述した相関度C’、エネルギーE’を利用して、音質向上階層130のパルスの符号情報と位置情報とを得るための固定コードブック探索部131の過程は、基本階層100の固定コードブック探索部117で行われる方式と同一に行われる。この時、基本階層100で探索されたパルスの位置情報と音質向上階層で探索されたパルスの位置情報とは同一でありうる。
The process of the fixed
図2は、図1のビット率拡張音声符号化装置において、固定コードブック探索部117により探索されたパルスの位置と固定コードブック探索部131により探索されたパルスの位置とを説明するための図面である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the pulse positions searched by the fixed
図2を参照すれば、固定コードブック探索201で探索されたパルスの位置は、音質向上階層固定コードブック探索202で探索されたパルスの位置と同じでありうる。したがって、最終固定コードブックのパルスの大きさは基本階層100及び音質向上階層130の固定コードブックパルスの大きさを含む多重された大きさ(以下、多重大きさという)を有する。したがって、代数コードブックのパルスの大きさは+1または−1のみの大きさではない。
Referring to FIG. 2, the position of the pulse searched in the fixed
固定コードブック探索部131は、探索結果によって得られた固定コードブックベクトルを多重化器140に提供し、固定コードブックの利得値を利得値差の量子化器134に提供する。前記音質向上階層130での前記固定コードブックインデックスは、パルス符号情報とパルスの位置情報とで構成されうる。
The fixed
このように音質向上階層130で探索された固定コードブックインデックスは、次のフレームのために保存されていないので、基本階層100の動作に影響を与えない。
Since the fixed codebook index searched in the sound
利得値差の量子化器134は、固定コードブック探索部131で求めた固定コードブックの利得値132と基本階層100で量子化された固定コードブックの利得値Gc間の差を求め、前記差を量子化する。これによって、利得値差の量子化情報Gdiffが利得値差の量子化器134からライン135を通じて多重化器140に伝送されるので、音質向上階層130は、固定コードブックの利得値に対する量子化ビットを減らせる。
多重化器140は、基本階層100から提供されるLPC係数量子化情報、固定コードブックインデックス、適応コードブックインデックス、利得値量子化情報と音質向上階層130とから提供される音質向上階層の固定コードブックインデックス、利得値差の量子化情報をビットストリームに出力する。
The
基本階層100と音質向上階層130とのビットストリームは区分して伝送する。すなわち、図1に示されたように、音質向上階層130のビットストリームは、基本階層100のビットストリーム後に伝送される。これによって前記ビットストリームは、ネットワークトラフィック状態によって、復号化装置に必要なビット率で容易に分離されうる。例えば、復号化装置側のチャンネル特性が劣悪で基本階層のビットストリームのみが受信できる場合に、前記復号化装置は図1のビット率拡張音声符号化装置が送出するビットストリームのうち基本階層のビットストリームのみが受信ができる。
The bit streams of the
図3は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram of a bit rate extended speech decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
図3を参照すれば、前記ビット率拡張音声復号化装置は、逆多重化器301、LPC係数復号化部302、利得値復号化部303、第1固定コードブック復号化部304、適応コードブック復号化部305、利得値差の復号化部306、第2固定コードブック復号化部307、第1加算器308、第2加算器309、第1選択スイッチ310、第2選択スイッチ311、第1乗算器312、第2乗算器313、第3加算器314、合成フィルタ315、及び後処理部316で構成される。
Referring to FIG. 3, the bit rate extended speech decoding apparatus includes a
前記ビット率拡張音声復号化装置は、ビット率拡張音声符号化装置から伝送されるビットストリームを選択的に受信できる。すなわち、ビットストリームから基本階層に対するビットストリームのみ受信すれば、基本階層の音質が復元でき、基本階層及び音質向上階層に対するビットストリームを何れも受信すれば、さらに向上した音質が提供できる。 The bit rate extended speech decoding apparatus can selectively receive a bit stream transmitted from the bit rate extended speech encoding apparatus. That is, if only the bitstream for the base layer is received from the bitstream, the sound quality of the base layer can be restored, and if both the bitstreams for the base layer and the sound quality improvement layer are received, further improved sound quality can be provided.
逆多重化器301は、受信されるビットストリームを各モジュールの情報に逆多重化して出力する。すなわち、逆多重化器301は、LPC係数量子化情報をLPC係数復号化部302に、利得値量子化情報は利得値復号化部303に、利得値差の量子化情報は利得値差の復号化部306に、音質向上階層の固定コードブックインデックスは第2固定コードブック復号化部307に、固定コードブックインデックスは第1固定コードブック復号化部304に、適応コードブックインデックスは適応コードブック復号化部305にそれぞれ提供する。
The
LPC係数復号化部302の構造は、符号化装置側のLPC係数の抽出及びベクトル量子化器104により決定され、入力されるLPC係数量子化情報からLPC係数を復元する。復元されたLPC係数は合成フィルタ315と後処理部316とに提供される。
The structure of the LPC
利得値復号化部303の構造は、符号化装置側の利得値量子化器129により決定される。利得値復号化部303、は入力される利得値量子化情報をデコードする。前記利得値量子化情報は、適応コードブック利得値と固定コードブック利得値とを含む。したがって、利得値復号化部303から基本階層100での適応コードブック利得値gpと固定コードブック利得値gcとがそれぞれ出力される。
The structure of gain
第1固定コードブック復号化部304は、入力される基本階層100の固定コードブックインデックスをデコードして基本階層100の固定コードブックを出力する。固定コードブック復号方式は、符号化装置の固定コードブック探索部117での探索方式により決定される。適応コードブック復号化部305は、入力される適応コードブックインデックスをデコードして基本階層100の適応コードブックを出力する。
The first fixed
前述PC係数復号化部302、利得値復号化部303、第1固定コードブック復号化部304、及び適応コードブック復号化部305は、逆多重化器301から伝送される基本階層100での符号化情報をデコードする第1復号化ユニットと定義されうる。
The PC
利得値差の復号化部306と第2固定コードブック復号化部307との動作はネットワークトラフィック状態や受信端末の処理容量に依存する。
The operations of the gain value
もし、利得値差の復号化部306と第2固定コードブック復号化部307とが動作されと決定されれば、利得値差の復号化部306は、入力される利得値差の量子化情報をデコードする。第2固定コードブック復号化部307は、入力される音質向上階層の固定コードブックインデックスをデコードする。利得値差復号化方式は、符号化装置側の利得値差の量子化器134により決定される。第2固定コードブック復号化部307でのデコード方式は、符号化装置側の第2固定コードブック探索部131により決定される。
If it is determined that the gain value
利得値差の復号化部306と第2固定コードブック復号化部307とは、逆多重化器301から伝送される音質向上階層130での符号化情報をデコードする第2復号化ユニットと見なされうる。
The gain value
第1加算器308は、利得値復号化部303から出力されるデコードされた固定コードブックの利得値gcと利得値差の復号化部306から出力されるデコードされた利得値差gdiffとを加算する。第1加算器308の出力は、復号化時に音質向上階層の利得値である。
The
第2加算器309は、第2固定コードブック復号化部307でデコードされた音質向上階層130の固定コードブックと、第1固定コードブック復号化部304でデコードされた基本階層100の固定コードブックとを加算する。したがって、第2加算器309から出力される信号は数式(15)のように定義できる。
The
これによって、復号化装置での固定コードブックパルスは、基本階層と音質向上階層との代数コードブックを累積させて、多重大きさを有する代数コードブックパルス構造を有する。前記代数コードブックを累積させることは、あらゆるパルスの大きさが同じ大きさを有する既存の固定コードブック構造で発生する短所を補完するためのものである。したがって、累積させた代数コードブックのパルスは対象信号に適した符号を有する。 Accordingly, the fixed codebook pulse in the decoding apparatus has an algebraic codebook pulse structure having a multiple size by accumulating the algebraic codebooks of the basic layer and the sound quality enhancement layer. Accumulating the algebraic codebook is intended to compensate for the disadvantages that occur in existing fixed codebook structures where every pulse has the same magnitude. Therefore, the accumulated pulse of the algebraic codebook has a code suitable for the target signal.
第1選択スイッチ310は、利得値復号化部303でデコードされた固定コードブック利得値gcと第1加算器308から出力される信号とを選択的に伝送する。すなわち、復号化装置が基本階層に動作すれば、第1選択スイッチ310は利得値復号化部303から出力される固定コードブック利得値gcを伝送し、該当される復号化装置が音質向上階層に動作すれば、第1選択スイッチ310は加算器308から出力される利得値を伝送する。
The
第2選択スイッチ311は、第2加算器309から出力される信号と第1固定コードブック復号化部304から出力される基本階層100での固定コードブックとを選択的に伝送する。すなわち、前記復号化装置が音質向上階層で動作しない場合に、第2選択スイッチ311は、第1固定コードブック復号化部304から出力される信号を伝送し、前記復号化装置が音質向上階層で動作する場合に、第2選択スイッチ311は第2加算器309から出力される信号を伝送する。
The
第1乗算器312は、第2選択スイッチ311から出力される固定コードブックに第1選択スイッチ310から出力される利得値を乗算して出力する。
The
第2乗算器313は、適応コードブック復号化部305から出力されるデコードされた適応コードブックに利得値復号化部303から出力される適応コードブックの利得値gpを乗算して出力する。
The
第3加算器314は、第1乗算器312から出力される固定コードブックに関する情報と第2乗算器313から出力される適応コードブックに関する情報とを加算して復元された励起信号を発生する。
The
前述した第1加算器308、第2加算器309、第3加算器314、第1乗算器312、第2乗算器313、第1選択スイッチ310及び第2選択スイッチ311は、前述した第1復号化ユニットと第2復号化ユニットとでそれぞれデコードされた信号を前記復号化装置の動作環境によって演算する演算ユニットと定義されうる。
The
合成フィルタ315は、LPC係数復号化部302から提供される復元されたLPC係数を利用して、加算器314から提供される励起信号を合成して音声信号を復元する。
The
後処理部316は、合成フィルタ315から伝送される音声信号の音質を向上させる。すなわち、音声信号の音質を向上させるために、後処理部316は、LPC係数復号化部302から提供されるLPC係数を利用して、合成フィルタ315から出力される信号をフィルタリングするためのハイパスフィルタを使用する。
The
前述した合成フィルタ315及び後処理部316は、前記演算ユニットから出力される信号を、LPC係数復号化部302から出力されるLPC係数と合成して音声信号を復元する復元ユニットと定義されうる。
The
図4は、本発明の一実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart of a bit rate extended speech encoding method according to an embodiment of the present invention.
第401段階で、音声信号の符号化装置は、図1の前処理ユニット102のように入力された音声信号を前処理する。第402段階で、音声信号の符号化装置は、前処理された音声信号からLPC係数を抽出し、抽出されたLPC係数の量子化情報を生成する。
In
第403段階で、音声信号の符号化装置は、生成されたLPC係数の量子化情報を利用して励起信号を図1の合成フィルタ106でのように合成する。第404段階で、音声信号の符号化装置は、前記前処理された信号から前記合成された信号を減算してLPC残差信号を検出する。第405段階で、音声信号の符号化装置は、検出されたLPC残差信号を図1の認知加重フィルタ110でのようにフィルタリングして認知加重された信号を出力する。
In
第406段階で、音声信号の符号化装置は認知加重された信号のピッチを図1のピッチ分析部112のように分析して、適応コードブックのインデックスと利得値とを得る。そして、音声信号の符号化装置は、図1のピッチ寄与度の除去部115のように適応コードブックのインデックスに基づいて認知加重された信号からピッチ寄与度を除去して、固定コードブック探索のために必要な対象信号を検出する。
In
第407段階で、音声信号の符号化装置は、図1の第1固定コードブック探索部117でのように基本階層固定コードブックを探索して、固定コードブック利得値と固定コードブックインデックスとを生成する。第408段階で、音声信号の符号化装置は、図1の利得値量子化器129でのように前記検出された固定コードブック利得値と前記検出された適応コードブック利得値とを量子化する。
In
第409段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層での相関度C及びd(n)、エネルギーEのような媒介変数を利用して、音質向上階層固定コードブックを探索する。音質向上階層固定コードブック探索により、音質向上階層の固定コードブックの利得値とインデックスとがそれぞれ生成される。
In
第410段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層固定コードブックの利得値と音質向上階層の固定コードブックの利得値間の差を量子化する。前述した音質向上階層での固定コードブック探索及び利得値量子化過程は、図1で説明したように複数階層に分けて行われうる。音質向上階層の処理が複数階層に分けて行われれば、それほど復元される音声信号の質が向上されうる。
In
第411段階で、音声信号の符号化装置は前述した段階を通じて得たLPC係数量子化情報、基本階層の固定コードブックインデックス、基本階層の適応コードブックインデックス、基本階層の固定コードブックの利得値、基本階層の適応コードブックの利得値、音質向上階層の固定コードブックインデックス及び前記利得値差の量子化情報をビットストリーム形態に多重化して音声信号復号化装置側に送出する。 In operation 411, the speech signal encoding apparatus obtains the LPC coefficient quantization information obtained through the above-described steps, the base layer fixed codebook index, the base layer adaptive codebook index, the base layer fixed codebook gain value, The base layer adaptive codebook gain value, the sound quality enhancement layer fixed codebook index, and the gain value difference quantization information are multiplexed into a bitstream format and transmitted to the audio signal decoding apparatus side.
図5は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart of a bit rate enhanced speech decoding method according to an embodiment of the present invention.
第501段階で、音声信号復号化装置は、図3の逆多重化器301のように受信されるビットストリームを各構成の情報に逆多重化する。
In
第502段階で、音声信号復号化装置は、前記逆多重化された信号をデコードする。すなわち、図3のLPC係数復号化部302、利得値復号化部303、第1固定コードブック復号化部304、適応コードブック復号化部305、利得値差の復号化部306、第2固定コードブック復号化部307のように前記逆多重化された信号をデコードする。
In
第503段階で、音声信号復号化装置は、音質向上階層固定コードブック利得値を所定演算処理により復元する。前記音声信号復号化装置は、復号化された固定コードブック利得値と音質向上階層の固定コードブック利得値の量子化情報として受信された利得値差とを加算して、音質向上階層の固定コードブック利得値を復元する。
In
第504段階で、音声信号復号化装置は、音声信号復号化装置の動作条件によって音質向上階層の固定コードブックと基本階層の固定コードブックとを選択的に伝送し、利得値も選択的に伝送される。すなわち、音声信号復号化装置が音質向上階層で動作すれば、復元された音質向上階層の固定コードブックの利得値が乗算された音質向上階層の固定コードブックを伝送させる。一方、音声信号の符号化装置が音質向上階層で動作しなければ、復号化された基本階層の固定コードブックに基本階層の固定コードブックの利得値を乗算した固定コードブックを伝送させる。
In
第505段階で、音声信号復号化装置は、第502段階で復号化されたLPC係数を利用して、第504段階で選択的に伝送された固定コードブックを合成する。
In
第506段階で、音声信号復号化装置は、後処理部316のように後処理して復元された音声信号を生成する。
In
図6は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化装置の機能ブロック図である。図6を参照すれば、前記ビット率拡張音声符号化装置は、基本階層600と音質向上階層630とを含む多層固定コードブック構造を有する。
FIG. 6 is a functional block diagram of a bit rate extended speech encoding apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the bit rate extended speech encoding apparatus has a multi-layer fixed codebook structure including a basic layer 600 and a sound
基本階層600では、最小限の音質が復元できる符号化情報が生成される。基本階層600は、既存の標準化されたCELP音声符号化器の構成と類似している。したがって、基本階層600は、入力音声信号を線形予測符号化によりフィルタリングし、前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する。励起信号は、固定コードブック探索と適応コードブック探索とにより生成される。 In the basic layer 600, encoded information that can restore the minimum sound quality is generated. Base layer 600 is similar to the configuration of existing standardized CELP speech encoders. Accordingly, the base layer 600 filters the input speech signal by linear predictive coding, and generates an excitation signal corresponding to the filtered speech signal. The excitation signal is generated by a fixed codebook search and an adaptive codebook search.
基本階層600は、前処理ユニット602、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604、合成フィルタ606、減算器608、認知加重フィルタ610、ピッチ分析部612、ピッチ寄与度の除去部615、固定コードブック探索部617、固定コードブック619、第1乗算器621、加算器623、適応コードブック624、第2乗算器626、利得値量子化器629で構成される。
The basic layer 600 includes a
前処理ユニット602は、ライン601を通じて入力される音声信号からDC成分を除去する。すなわち、前処理ユニット602は、ハイパスフィルタを使用して入力音声信号をフィルタリングして入力音声信号の低周波帯域のノイズ成分を除去する。使われたハイパスフィルタは、本発明の一実施例で基本階層100の前処理ユニット102のハイパスフィルタと同一である。前処理ユニット602から出力される信号は、ライン603を通じてLPC係数の抽出及びベクトル量子化器604に伝送される。
The
LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604は、前記前処理ユニット602から出力される信号のLPC係数を抽出する。抽出されたLPC係数は、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604によりベクトル量子化される。LPC係数のベクトル量子化情報は、ライン605を通じて合成フィルタ606と多重化器650とに伝送される。
The LPC coefficient extraction and
合成フィルタ606は、前記LPC係数のベクトル量子化情報を利用してライン628を通じて入力される励起信号に対応する合成された信号を出力する。前記合成された信号は、ライン607を通じて減算器608に出力される。
The
減算器608は、ライン603を通じて入力される前処理ユニット602から出力される信号から、ライン607を通じて入力される合成された信号を減算してLPC残差信号を生成する。前記LPC残差信号は、ライン609を通じて認知加重フィルタ610に伝送される。
The
認知加重フィルタ610は、人体聴覚構造のマスキング効果を利用するために量子化雑音をマスキング臨界値以下に保持する。したがって、認知加重フィルタ610は、前記LPC残差信号の量子化雑音が最小化されるように加重値を含む信号をピッチ分析部612に出力する。
The
ピッチ分析部612は、認知加重フィルタ610から出力される信号に対して開回路ピッチと閉回路ピッチとを探索する。すなわち、ピッチ分析部612は、認知加重フィルタ610から出力される信号を複数のサブフレームに分け、前記標準化されたCLEP音声符号化装置でのように各サブフレームのピッチを分析して適応コードブックのインデックスと利得値とを出力する。
The
前記適応コードブックのインデックスは、ライン613を通じてピッチ寄与度の除去部615と適応コードブック624とに伝送されながらライン614を通じて多重化器650に伝送される。また、前記適応コードブックの利得値は、利得値量子化器629に提供される。
The index of the adaptive codebook is transmitted to the
ピッチ寄与度の除去部615は、前記適応コードブックのインデックスに基づいて、認知加重フィルタ610の出力信号から固定コードブック探索のために必要な対象信号を出力する。そして、ピッチ寄与度の除去部615は、認知加重フィルタ610の出力信号からピッチ寄与度y1(n)を減算して、固定コードブック探索のために必要な対象信号を、ライン616を通じて基本階層600の固定コードブック探索部617に出力する。ピッチ寄与度y1(n)は、数式(3)によって求められる。
The pitch
固定コードブック探索部617は、ライン611を通じて入力された対象信号x'(n)を使用して対象信号とインパルス応答h(n)との相関度d(n)とを求める。
The fixed
例えば、副フレームの大きさが40サンプルであり、各階層のパルス数が4つと仮定すれば、前記相関度d(n)は数式(2)のように定義されうる。 For example, assuming that the size of the subframe is 40 samples and the number of pulses in each layer is four, the correlation d (n) can be defined as Equation (2).
前記固定コードブック探索部617は、前記インパルス応答h(n)と前記相関度d(n)とに基づいて、前記表1の例のように構成された代数コードブック形態の固定コードブックを探索する。表1を参考すれば、固定コードブック探索部617で固定コードブックベクトルのパルスの大きさは、4個の位置でのみ0でない。したがって、前記パルスの符号sと相関度d(n)とを利用した相関度d(n)の大きさに対応する相関度Cは数式(3)のように定義されうる。固定コードブック探索部617は、数式(3)により相関度Cを検出する。固定コードブック検出部617は、インパルス応答エネルギーEを数式(4)により検出する。
The fixed
前記固定コードブック探索部617は、前記相関度CとエネルギーEとを保存する。固定コードブック探索部617は、相関度Cを符号sign[d(i)]とその絶対値とに分けられて保存する。sign[d(i)]はd(i)の符号である。前記エネルギーEは数式(5)のような形態に保存される。エネルギーEに対する数式(4)は数式(6)のように再定義されうる。
The fixed
前記探索により、固定コードブックインデックスと利得値とが得られれば、固定コードブック探索部617は、前記固定コードブックインデックスを固定コードブック619と多重化器650とに伝送し、前記利得値を利得値量子化器629に伝送する。
If a fixed codebook index and a gain value are obtained by the search, the fixed
固定コードブック619は、ライン618を通じて入力されたインデックスに基づいて、基本階層600の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブックベクトルは、パルス位置情報mと符号情報sとに基づいて構成される。固定コードブック619から出力される固定コードブックベクトルは、ライン620を通じて第1乗算器621に提供される。
第1乗算器621は、利得値量子化器629から提供される前記固定コードブックの利得値に対する量子化利得値Gcを、前記固定コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン622を通じて出力する。ライン622を通じて出力される信号は、基本階層600の固定コードブックベクトルに量子化利得値Gcを乗算した固定コードブックcG(n)と定義できる。前記量子化利得値Gcは、利得値量子化器629から提供される。
The
ライン613を通じて適応コードブックインデックスが印加されれば、適応コードブック624は、前記適応コードブックインデックスに対応する適応コードブックベクトルを出力する。ライン625を通じて、前記適応コードブックベクトルは、第2乗算器626に提供される。
If an adaptive codebook index is applied through line 613,
第2乗算器626は、適応コードブックの利得値に対する量子化された利得値Gpを、前記ライン625を通じて伝送される適応コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン627を通じて出力する。前記量子化された利得値Gpは、利得値量子化器629から提供される。
The
加算器623は、ライン622を通じて入力される固定コードブックベクトルとライン627を通じて入力される適応コードブックベクトルとを加算して励起信号を得る。前記励起信号は、ライン628を通じて合成フィルタ606に出力される。
The
利得値量子化器629は、固定コードブック探索部617から出力される固定コードブックの利得値とピッチ分析部612から出力される適応コードブックの利得値とをそれぞれ量子化する。前記固定コードブックの利得値に対応する量子化した利得値Gcは、第1乗算器621に出力され、適応コードブックの利得値に対応する量子化した利得値Gpは、第2乗算器626に出力される。前記量子化した利得値Gcは音質向上階層630に含まれている利得値差の量子化器643にも提供される。
The
音質向上階層630は、図1の音質向上階層130のように復元される音質を向上させるために、基本階層600で提供されるビット以外に追加的なビットをさらに提供するためのものである。図6は、説明の便宜上、1つの音声向上階層630が基本階層600に連結された構成を示したが、複数の音声向上階層が基本階層600に連結されうる。
The sound
音質向上階層630は、固定コードブック寄与度計算部631、第3加算器633、合成フィルタ634、認知加重フィルタ637、固定コードブック探索部639、固定コードブック641、利得値差の量子化器643、及び第3乗算器644で構成される。
The sound
基本階層600の第1乗算器621から、固定コードブックのベクトルに量子化利得値Gcが乗算された固定コードブックcG(n)が受信されれば、固定コードブック寄与度計算部631は、数式(16)により固定コードブック寄与度y2(n)を計算する。
If the fixed codebook c G (n) obtained by multiplying the fixed codebook vector by the quantization gain value G c is received from the
第3加算器633は、ライン616を通じて提供される基本階層600の固定コードブック探索のために要求される対象信号から、ライン632を通じて提供される固定コードブック寄与度とライン635を通じて合成フィルタ634から提供される合成信号とを除去した信号を出力する。
The
合成フィルタ634は、音質向上階層630の量子化された利得値Aによって、固定コードブックのベクトルを乗算させることにより得られた固定コードブックを、ライン647を通じて受信すれば、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604で抽出され量子化されたLPC係数を使用して、前記入力される固定コードブック信号を合成することにより得られる信号を出力する。
When the synthesis filter 634 receives the fixed codebook obtained by multiplying the quantized gain value A of the sound
ここで、利得値Aは、次のように表される。 Here, the gain value A is expressed as follows.
固定コードブック探索部639は、基本階層600の固定コードブック探索部617のように入力される対象信号に基づいて固定コードブックを探索して固定コードブックのインデックスと利得値とを得る。得られた固定コードブックのインデックスは、ライン640を通じて多重化器650に伝送されながら固定コードブック641に伝送される。前記固定コードブックの利得値GCEは、ライン642を通じて利得値差の量子化器643に伝送される。
The fixed
固定コードブック641は、入力された固定コードブックインデックスに基づいて音質向上階層630の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブックベクトルはパルスの位置情報mと符号情報sとを含みうる。固定コードブック641から出力される固定コードブックベクトルは、第3乗算器644に提供される。基本階層600の固定コードブック619から出力される固定コードブックベクトルのパルスの位置と、音質向上階層630の固定コードブック641から出力される固定コードブックベクトルのパルスの位置とは同一でありうる。
利得値差の量子化器643は、基本階層600の利得値量子化器629から出力される固定コードブックの利得値を量子化した利得値GCと、音質向上階層630の固定コードブック探索部639から出力される固定コードブックの量子化されていない利得値GCEとの間のログスケール差値を利用して、音質向上階層630の量子化された利得値Aを得、量子化された利得値Aを出力する。
図7は、利得値差の量子化器643の望ましい実施例を表したブロック図である。利得値量子化器643は、第1ログスケール変換部702、第2ログスケール変換部706、第4及び第5乗算器708、711及び第4加算器704を含む。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a preferred embodiment of the
基本階層600の利得値量子化器629により提供される量子化された固定コードブック利得値GCが、ライン701を通じて入力されれば、第1ログスケール変換部702は、固定コードブック利得値Gcに対応するログスケール変換された固定コードブック利得値をライン703を通じて出力する。
Fixed codebook gain value G C quantized provided by the
音質向上階層630の固定コードブック探索部639から出力される量子化されていない利得値GCEが、ライン705を通じて入力されれば、第2ロードスケール変換部706によってログスケール変換された固定コードブック利得値を、ライン707を通じて出力する。
If the unquantized gain value G CE output from the fixed
第4乗算器708は、ライン707を通じて入力されるログスケール変換された固定コードブック利得値に利得値差調整値Bを乗算し、乗算された結果をライン708を通じて出力する。
The
ここで、利得値差調整値Bは、次のように表される。 Here, the gain value difference adjustment value B is expressed as follows.
第5乗算器711は、入力される利得値差にスケール拡張要素10を乗算して、ログスケール利得値差GDIFF712を生成する。
The
前述した利得値差量子化643の動作過程は、数式(19)のように定義できる。
The operation process of the gain
数式(19)での計算を通じて生成されたログスケール利得値差712は、アナログ信号であるので、3ビットスカラー量子化器によって量子化される。3ビットスカラー量子化器により量子化された結果を利用して音質向上階層630の量子化された固定コードブック利得値Aを出力する。前記量子化された利得値Aは、ライン645を通じて第3乗算器644に出力されながらライン646を通じて多重化器650に出力される。
Since the log scale
第3乗算器644は、固定コードブック641から提供される固定コードブックベクトルに、利得値差の量子化器643から提供される音質向上階層630の量子化された固定コードブック利得値Aを乗算し、乗算結果をライン647を合成フィルタ634に提供する。
The
多重化器650は、基本階層600から提供されるLPC係数量子化情報、固定コードブックインデックス、適応コードブックインデックス、利得値量子化情報と音質向上階層630から提供される音質向上階層の固定コードブックインデックス、利得値差の量子化情報を多重化し、その結果をビットストリームに出力する。
The
基本階層600と音質向上階層630とのビットストリームは、区分して伝送される。すなわち、図6に示されたように、音質向上階層630のビットストリームは、基本階層600のビットストリーム後に伝送される。これによって前記ビットストリームは、ネットワークトラフィック状態によって復号化装置に必要なビット率で容易に分離されうる。例えば、復号化装置側のチャンネル特性が劣悪で、基本階層のビットストリームのみ受信できる場合に、前記復号化装置は、図6のビット率拡張音声符号化装置が送出するビットストリームのうち基本階層のビットストリームのみ受信できる。
The bit streams of the basic layer 600 and the sound
図8は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。図8を参照すれば、前記ビット率拡張音声復号化装置は逆多重化器802、LPC係数復号化部803、利得値復号化部804、第1固定コードブック復号化部805、適応コードブック復号化部806、利得値差の復号化部807、第2固定コードブック復号化部808、乗算器809、810、813、加算器811、814、選択スイッチ812、合成フィルタ815、及び後処理部816を含む。
FIG. 8 is a block diagram of a bit rate extended speech decoding apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the bit rate extended speech decoding apparatus includes a
前記ビット率拡張音声復号化装置はビット率拡張音声符号化装置から伝送されるビットストリームを選択的に受信できる。すなわち、ビットストリームのうち基本階層に対するビットストリームのみ受信すれば、基本階層の音質が復元でき、基本階層及び音質向上階層に対するビットストリームを共に受信すれば、さらに向上した音質が提供できる。 The bit rate extended speech decoding apparatus can selectively receive a bit stream transmitted from the bit rate extended speech encoding apparatus. That is, if only the bitstream for the base layer is received, the sound quality of the base layer can be restored, and if both the bitstreams for the base layer and the sound quality improvement layer are received, further improved sound quality can be provided.
逆多重化器802は、受信されるビットストリーム801を各構成要素の情報に逆多重化して出力する。すなわち、逆多重化器802は、LPC係数量子化情報をLPC係数復号化部803に、利得値量子化情報は利得値復号化部804に、利得値差の量子化情報は利得値差の復号化部807に、音質向上階層630の固定コードブックインデックスは第2固定コードブック復号化部808に、基本階層600の固定コードブックインデックスは第1固定コードブック復号化部805に、適応コードブックインデックスは適応コードブック復号化部806にそれぞれ提供する。
The
LPC係数復号化部803の構造は、符号化装置側のLPC係数の抽出及びベクトル量子化器604により決定され、入力されるLPC係数量子化情報からLPC係数を復元する。復元されたLPC係数は、合成フィルタ815と後処理部816とに提供される。
The structure of the LPC
利得値復号化部804の構造は、符号化装置側の利得値量子化器629により決定される。利得値復号化部804は、入力される利得値量子化情報をデコードする。前記利得値量子化情報は、適応コードブック利得値と固定コードブック利得値とを含む。したがって、利得値復号化部804から基本階層600での適応コードブック利得値GPと固定コードブック利得値GCとがそれぞれ出力される。
The structure of gain
第1固定コードブック復号化部805は、入力される第1固定コードブックインデックスをデコードして第1固定コードブックを出力する。固定コードブック復号方式は、符号化装置の固定コードブック探索部617での探索方式により決定される。
The first fixed
適応コードブック復号化部806は、入力される適応コードブックインデックスをデコードして適応コードブックを出力する。
The adaptive
前述したLPC係数復号化部803、利得値復号化部804、固定コードブック復号化部805、及び適応コードブック復号化部806は、逆多重化器802から伝送される基本階層600での符号化情報をデコードする復号化ユニットと定義されうる。
The LPC
利得値差の復号化部807と第2固定コードブック復号化部808との動作は、ネットワークトラフィック状態や受信端末の処理容量に依存する。
The operations of the gain value
もし、利得値差の復号化部807と第2固定コードブック復号化部808とが動作すると決定されれば、利得値差の復号化部807は、入力される利得値差の量子化情報をデコードする。第2固定コードブック復号化部808は、入力される第2固定コードブックインデックスをデコードする。利得値差復号化方式は、符号化装置側の利得値差の量子化器643により決定される。
If it is determined that the gain value
第2固定コードブック復号化部808で行われるデコード方式は、符号化装置側の第2固定コードブック探索部631により決定される。利得値差の復号化部807と第2固定コードブック復号化部808とは、逆多重化器902から伝送される音質向上階層630での符号化情報をデコードする復号化ユニットと定義されうる。
The decoding method performed by the second fixed
乗算器809は、利得値復号化部804によって復元された基本階層600の固定コードブック利得値Gcを第1固定コードブック復号化部805によって出力された基本階層の固定コードブックに乗算して基本階層の固定コードブックベクトルを出力する。
The
乗算器810は、利得値差の復号化部807によって復元された音質向上階層630での固定コードブック利得値Aを、第2固定コードブック復号化部808によって出力された音質向上階層の固定コードブックに乗算して音質向上階層の固定コードブックベクトルを出力する。
The
加算器811は、乗算器809から出力される基本階層の固定コードブックベクトルと乗算器810から出力される音質向上階層の固定コードブックベクトルとを加算する。これによって、復号化装置での固定コードブックパルスは、基本階層と音質向上階層の代数コードブックを累積させて多重大きさを有する代数コードブックパルス構造を有する。前記代数コードブックを累積させることは、固定コードブックのあらゆるパルスが同じ大きさを有する既存の固定コードブック構造で発生する短所を補完するためのものである。
The
選択スイッチ812は、加算器811から出力される信号と乗算器809から出力される基本階層の固定コードブックベクトルとを選択的に伝送する。すなわち、前記復号化装置が音質向上階層で動作しない場合に、選択スイッチ812は、乗算器809から出力される基本階層の固定コードブックベクトルを選択して伝送する。前記符号化装置が音質向上階層で動作する場合に、選択スイッチ812は加算器811から出力される信号を選択して伝送する。
The
乗算器813は、適応コードブック復号化部806から出力されるデコードされた適応コードブックに利得値復号化部804から出力される適応コードブックの利得値Gpを乗算して適応コードブックベクトルを出力する。
加算器814は、選択スイッチ812により選択された固定コードブックベクトルと乗算器813から出力される適応コードブックベクトルとを加算して復元された励起信号を発生させる。
The
前述した乗算器810、加算器811及び選択スイッチ812は、前記復号化装置の動作環境によって前述した基本階層の符号化情報を復号化するユニットと音質向上階層の符号化情報を復号化するユニットとでそれぞれデコードされた信号を演算する演算ユニットと定義されうる。
The
合成フィルタ815は、LPC係数復号化部803から提供される復元されたLPC係数を利用して、加算器814から提供される励起信号を合成して音声信号を復元する。
The
後処理部816は、合成フィルタ815から伝送される音声信号を復元する。すなわち、後処理部816は、音声信号を復元するために、LPC係数復号化部803から提供されるLPC係数を利用して、合成フィルタ815から出力される信号をフィルタリングするためのハイパスフィルタを使用する。
The
前述した合成フィルタ815と後処理部816とは前記演算ユニットから出力される信号を、LPC係数復号化部803から出力されるLPC係数と合成して音声信号を復元する復元ユニットと定義されうる。
The
図9は、図6の音声信号の符号化装置で基本階層の固定コードブック探索901により探索されたパルスの位置と、音質向上階層の固定コードブック探索905により探索されたパルスの位置と、に基づいた固定コードブックベクトルを利用して図8の音声信号復号化装置で復元されるパルスの大きさを説明するための図面である。
FIG. 9 shows the positions of pulses searched by the fixed
図9を参照すれば、第1固定コードブック復号化部805で提供される固定コードブックベクトル902に、利得値復号化部804で提供される固定コードブック利得値Gcが、乗算器809によって乗算されて、利得値が乗算された基本階層固定コードブックベクトル904が生成される。
Referring to FIG. 9, the fixed
第2固定コードブック復号化部808で提供される固定コードブックベクトル906に、利得値差の復号化部807で提供される利得値GCEが乗算器810によって乗算されて、利得値が乗算された音質向上階層固定コードブックベクトル908が生成される。加算器811は、音質向上階層固定コードブックベクトル908と基本階層固定コードブックベクトル904とを加算した固定コードブックベクトル910を生成する。
A fixed
図9のパルスの構造に示されたように、基本階層の固定コードブックベクトル904と音質向上階層の固定コードブックベクトル908とは、加算器811に入力されて、音質向上階層の最終固定コードブック910を生成する。最終音質向上階層固定コードブック910は、相異なる利得値を有する2つの固定コードブックベクトルが加えられて得られるために、多重大きさを有する固定コードブックが形成できてさらに良い音質が提供できる。
As shown in the pulse structure of FIG. 9, the fixed
図10は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart of a bit rate extended speech encoding method according to another embodiment of the present invention.
第1001段階で、音声信号の符号化装置は、図6の前処理ユニット602のように入力された音声信号を前処理する。第1002段階で、音声信号の符号化装置は、前処理された音声信号からLPC係数を抽出し、抽出されたLPC係数の量子化情報を生成する。
In
第1003段階で、音声信号の符号化装置は、前記前処理された信号から合成フィルタ606を経てLPC係数の残差信号を検出する。第1004段階で、音声信号の符号化装置は、検出された残差信号を図6の認知加重フィルタ610でのようにフィルタリングして、認知加重された信号を出力する。
In
第1005段階で、音声信号の符号化装置は、認知加重された信号のピッチを図6のピッチ分析部612のように分析し、図6のピッチ寄与度の除去部615のように分析された結果を利用して、前記認知加重された信号からピッチ寄与度を除去して、適応コードブック利得値と適応コードブックインデックスとを生成する。
In operation 1005, the speech signal encoding apparatus analyzes the pitch of the cognitive weighted signal as in the
第1006段階で、音声信号の符号化装置は、図6の基本階層600の固定コードブック探索部617でのように、基本階層固定コードブックを探索して固定コードブック利得値と固定コードブックインデックスとを生成する。
In operation 1006, the speech signal encoding apparatus searches the base layer fixed codebook to search for a fixed codebook gain value and a fixed codebook index as in the fixed
第1007段階で、音声信号の符号化装置は、図6の利得値量子化器629でのように、前記検出された固定コードブック利得値と前記検出された適応コードブック利得値とを量子化する。
In
第1008段階で、音声信号の符号化装置は、ベクトル量子化されたLPC係数を利用して、基本階層600で生成された固定コードブックベクトルと適応コードブックベクトルとの励起信号を図6の合成フィルタ606でのように合成する。
In
第1009段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層600での固定コードブック探索のための対象信号の影響、及び音質向上階層630の以前のLPC合成信号を除去することによって図6の固定コードブック探索部639でのような固定コードブック探索のための対象信号を生成する。すなわち、基本階層600で検出された対象信号から、基本階層の固定コードブック寄与度と音質向上階層630で検出された以前のLPC合成信号とを除去して音質向上階層での対象信号を得る。
In
第1010段階で、音声信号の符号化装置は、第1009段階で検出された対象信号を利用して、音質向上階層630の固定コードブック探索を行って音質向上階層の固定コードブック利得値と音質向上階層の固定コードブックインデックスとをそれぞれ生成する。
In
第1011段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層の量子化された固定コードブックの利得値と音質向上階層の量子化されていない固定コードブック利得値間のログスケール差を量子化する。前述した音質向上階層での固定コードブック探索及び利得値量子化過程は、複数階層の音質向上階層が具備されることによって複数階層で行われうる。音質向上階層処理が複数階層で行われれば、それほど復元される音声信号の質が向上しうる。
In
第1012段階で、音声信号の符号化装置は、音質向上階層で生成された固定コードブックベクトル(または、励起信号)を図6の合成フィルタ634に通過させて合成された信号を出力する。
In
第1013段階で、音声信号の符号化装置は、前述した段階を通じて得た線形予測係数量子化情報、基本階層の固定コードブックインデックス、基本階層の適応コードブックインデックス、基本階層の固定コードブックの利得値、基本階層の適応コードブックの利得値、音質向上階層の固定コードブックインデックス及び前記利得値差の量子化情報を多重化してビットストリームを得、前記ビットストリームを音声信号復号化装置側に送出する。
In
図11は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart of a bit rate enhanced speech decoding method according to another embodiment of the present invention.
第1101段階で、音声信号復号化装置は、図8の逆多重化器802のように受信されるビットストリームを各構成要素の情報に逆多重化する。
In
第1102段階で音声信号復号化装置は、前記逆多重化された信号をデコードする。すなわち、図8のLPC係数復号化部803、利得値復号化部804、第1固定コードブック復号化部805、適応コードブック復号化部806、利得値差の復号化部807、第2固定コードブック復号化部808のように前記逆多重化された信号をデコードする。
In
第1103段階で、音声信号復号化装置は、音声信号復号化装置の動作条件によって音質向上階層の固定コードブック、または基本階層の固定コードブックを選択的に伝送し、利得値も選択的に伝送される。すなわち、音声信号復号化装置が音質向上階層で動作すれば、復元された音質向上階層の固定コードブックの利得値が乗算された音質向上階層の固定コードブックと基本階層の固定コードブックに基本階層の固定コードブックの利得値とが乗算された固定コードブックを加算し、その結果を伝送させる。一方、音声信号の符号化装置が音質向上階層で動作しなければ、音声信号復号化装置は復号化された基本階層の固定コードブックに、基本階層の固定コードブックの利得値を乗算して得られた固定コードブックを伝送させる。
In
第1104段階で、音声信号復号化装置は第1102段階で復号化されたLPC係数を利用して、第1103段階で選択的に伝送された固定コードブックを合成する。
In
第1105段階で、音声信号復号化装置は、後処理ユニット816のように後処理して復元された音声信号を生成する。
In
これまで本発明についてその望ましい実施例を中心として説明した。本発明が属する技術分野で当業者は本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現されうることが理解できる。したがって、開示された実施例は限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮せねばならない。本発明の範囲は前述した説明でなく特許請求の範囲に記載されており、それと同等な範囲内のあらゆる差異点は本発明に含まれたものと解釈されねばならない。 The present invention has been described above with a focus on preferred embodiments thereof. Those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be embodied in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative, not a limiting sense. The scope of the present invention is described in the scope of claims rather than the above description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
本発明はCELPアルゴリズムを使用し、基本階層と音質向上階層とを有する音声符号化及び復号化装置に適用可能である。 The present invention is applicable to a speech encoding / decoding device that uses a CELP algorithm and has a basic layer and a sound quality improvement layer.
100 基本階層
101、103、105、107、109、111、113、114、116、118、118’、118’’、120、122、125、127、135 ライン
102 前処理ユニット
104 LPC係数の抽出及びベクトル量子化器
106 合成フィルタ
108 減算器
110 認知加重フィルタ
112 ピッチ分析部
115 ピッチ寄与度の除去部
117 固定コードブック探索部
119 固定コードブック
121 第1乗算器
123 加算器
124 適応コードブック
126 第2乗算器
129 利得値量子化部
130 音質向上階層
131 固定コードブック探索部
132 利得値
134 利得値差の量子化器
140 多重化器
Gc、Gp 量子化された利得値
100
Claims (19)
線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、
前記基本階層で検出された前記固定コードブック探索のために必要な対象信号及びインパルス応答信号間の相関度d(n)と、パルスの符号及び前記相関度d(n)により定義される、前記相関度d(n)のサイズ情報に該当する相関度Cと、インパルス応答信号のエネルギーEと、を含み、前記基本階層での固定コードブック探索により得られる媒介変数に基づいて、各パルス、各パルスの符号及び各パルスの位置を対応付けた代数コードブックを探索することで固定コードブックを探索する音質向上階層と、を少なくとも1つ含み、
前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器を含む音声信号の符号化装置。 In an audio signal encoding device,
Filtering the input speech signal using linear predictive coding and generating an excitation signal of the filtered speech signal by fixed codebook search and adaptive codebook search;
Defined by the correlation d (n) between the target signal and the impulse response signal required for the fixed codebook search detected in the basic layer, the code of the pulse and the correlation d (n), Each pulse, each based on a parameter obtained by a fixed codebook search in the basic layer, including a correlation C corresponding to the size information of the correlation d (n) and an energy E of the impulse response signal A sound quality enhancement layer for searching a fixed codebook by searching an algebraic codebook in which a pulse code and a position of each pulse are associated with each other; and
A speech signal encoding apparatus including a multiplexer that multiplexes a signal generated in the base layer and a signal generated in the sound quality improvement layer and outputs the multiplexed signal.
入力される音声信号を線形予測符号化フィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層と、
前記基本階層で検出された前記固定コードブック探索のために必要な対象信号及びインパルス応答信号間の相関度d(n)と、パルスの符号及び前記相関度d(n)により定義される、前記相関度d(n)のサイズ情報に該当する相関度Cと、インパルス応答信号のエネルギーEと、を含み、前記基本階層での固定コードブック探索によって生成される媒介変数に基づいて、各パルス、各パルスの符号及び各パルスの位置を対応付けた代数コードブックを探索することで固定コードブックを探索する固定コードブック探索部、
前記基本階層の前記固定コードブック探索により生成された第1固定コードブック利得値と前記固定コードブック探索部から出力される第2固定コードブック利得値間の差を検出し、検出された差を量子化する利得値差の量子化器を含む音質向上階層と、を複数具備し、
前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する多重化器を含む音声信号の符号化装置。 In an audio signal encoding device,
A base layer for performing linear predictive coding filtering on an input speech signal and generating an excitation signal corresponding to the filtered speech signal by fixed codebook search and adaptive codebook search;
Defined by the correlation d (n) between the target signal and the impulse response signal required for the fixed codebook search detected in the basic layer, the code of the pulse and the correlation d (n), Each pulse based on a parameter generated by a fixed codebook search in the base layer, including a correlation C corresponding to size information of the correlation d (n) and an energy E of an impulse response signal . A fixed codebook search unit that searches for a fixed codebook by searching an algebraic codebook that associates the code of each pulse and the position of each pulse ;
A difference between a first fixed codebook gain value generated by the fixed codebook search of the base layer and a second fixed codebook gain value output from the fixed codebook search unit is detected, and the detected difference is detected. A plurality of sound quality enhancement layers including a quantizer for gain value difference to be quantized,
An audio signal encoding apparatus including a multiplexer that multiplexes a signal generated in the base layer and a signal generated in the sound quality improvement layer.
前記符号化された音声信号のうち基本階層での符号化情報をデコードするための第1復号化ユニットと、
前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記符号化された音声信号のうち音質向上階層での符号化情報を復元する第2復号化ユニットと、
前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記第1復号化ユニットで復元された信号と前記第2復号化ユニットで復元された信号とを演算する演算ユニットと、
前記第1復号化ユニットから出力される線形予測符号化係数を利用して前記演算ユニットから出力される信号を合成して音声信号を復元する音声信号復元ユニットと、を含む音声信号復号化装置。 In the audio signal decoding device for decoding an audio signal encoded by the encoding device according to any one of claims 1 to 6 , divided into a basic layer and at least one sound quality improvement layer,
A first decoding unit for decoding encoded information in a base layer of the encoded audio signal;
A second decoding unit for restoring encoded information in a sound quality enhancement layer of the encoded audio signal according to an operating environment of the audio signal decoding device;
An arithmetic unit for calculating a signal restored by the first decoding unit and a signal restored by the second decoding unit according to an operating environment of the audio signal decoding device;
An audio signal decoding apparatus comprising: an audio signal restoration unit that synthesizes a signal output from the arithmetic unit using the linear predictive coding coefficient output from the first decoding unit to restore an audio signal.
前記基本階層での符号化情報に含まれている線形予測符号化係数の量子化情報をデコードする線形予測符号化係数の複合化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第1固定コードブック復号化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている適応コードブックインデックスをデコードする適応コードブック復号化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値と適応コードブック利得値とをそれぞれデコードする利得値復号化部と、を含む請求項7に記載の音声信号復号化装置。 The first decoding unit is
A linear predictive coding coefficient composite unit for decoding quantization information of the linear predictive coding coefficient included in the coding information in the base layer;
A first fixed codebook decoding unit for decoding a fixed codebook index included in the encoding information in the base layer;
An adaptive codebook decoding unit for decoding an adaptive codebook index included in the encoding information in the base layer;
The speech signal decoding apparatus according to claim 7 , further comprising: a gain value decoding unit that decodes a fixed codebook gain value and an adaptive codebook gain value included in the encoding information in the base layer.
前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第2固定コードブック復号化部と、を含む請求項8に記載の音声信号復号化装置。 The second decoding unit is
A gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between fixed codebook gain values included in encoding information in the speech enhancement layer;
The audio signal decoding apparatus according to claim 8 , further comprising: a second fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in the encoded information in the sound quality enhancement layer.
前記利得値復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブック利得値と前記利得値差の復号化部から出力される前記デコードされた利得値との差を加算する第1加算器と、
前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記利得値復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブック利得値または前記第1加算器から出力される利得値を伝送する第1選択スイッチと、
前記第2固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた音質向上階層の固定コードブックと前記第1固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の固定コードブックとを加算する第2加算器と、
前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記第2加算器から出力される信号または前記第1固定コードブック復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブックを伝送する第2選択スイッチと、
前記適応コードブック復号化部から出力されるデコードされた適応コードブックと前記利得値復号化部から出力されるデコードされた適応コードブックとの利得値を乗算する第1乗算器と、
前記第1選択スイッチから出力される信号と前記第2選択スイッチから出力される信号とを乗算する第2乗算器と、
前記第1乗算岐路から出力される信号と前記第2乗算岐路から出力される信号とを加算する第3加算器と、を含む請求項9に記載の音声信号復号化装置。 The arithmetic unit is
A first adder for adding a difference between the decoded fixed codebook gain value output from the gain value decoding unit and the decoded gain value output from the decoding unit of the gain value difference;
A first selection switch for transmitting the decoded fixed codebook gain value output from the gain value decoding unit or the gain value output from the first adder according to an operating condition of the audio signal decoding device;
The decoded fixed codebook of the sound quality enhancement layer output from the second fixed codebook decoding unit and the decoded basic layer fixed codebook output from the first fixed codebook decoding unit are added. A second adder;
A second selection switch for transmitting the signal output from the second adder or the decoded fixed codebook output from the first fixed codebook decoding unit according to the operating condition of the audio signal decoding device;
A first multiplier for multiplying a gain value of the decoded adaptive codebook output from the adaptive codebook decoding unit and the decoded adaptive codebook output from the gain value decoding unit;
A second multiplier that multiplies the signal output from the first selection switch and the signal output from the second selection switch;
The speech signal decoding apparatus according to claim 9 , further comprising: a third adder that adds a signal output from the first multiplication branch and a signal output from the second multiplication branch.
前記線形予測符号化係数を利用して前記第3加算器から出力される信号を合成する合成フィルタと、
前記線形予測符号化係数と前記合成フィルタから出力される信号とを利用して前記復元された音声信号を得るための後処理ユニットと、を含む請求項10に記載の音声信号復号化装置。 The audio signal restoration unit includes:
A synthesis filter that synthesizes a signal output from the third adder using the linear predictive coding coefficient;
The speech signal decoding apparatus according to claim 10 , further comprising: a post-processing unit for obtaining the restored speech signal using the linear predictive coding coefficient and a signal output from the synthesis filter.
前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする固定コードブック復号化部と、を含む請求項7に記載の音声信号復号化装置。 The second decoding unit is
A gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between fixed codebook gain values included in encoding information in the speech enhancement layer;
The audio signal decoding device according to claim 7 , further comprising: a fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in the encoding information in the sound quality enhancement layer.
基本階層で入力された音声信号の線形予測符号化係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する段階と、
少なくとも1つの音質向上階層で、前記基本階層で検出された前記固定コードブック探索のために必要な対象信号及びインパルス応答信号間の相関度d(n)と、パルスの符号及び前記相関度d(n)により定義される、前記相関度d(n)のサイズ情報に該当する相関度Cと、インパルス応答信号のエネルギーEと、を含み、前記基本階層で前記固定コードブックの探索によって生成された媒介変数に基づいて、各パルス、各パルスの符号及び各パルスの位置を対応付けた代数コードブックを探索することで固定コードブックを探索する段階と、
前記基本階層と前記音質向上階層とにより生成される信号を多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法。 The audio signal encoding method is
Extracting a linear predictive coding coefficient of a speech signal input in a basic layer, and generating an excitation signal corresponding to the input speech signal by a fixed codebook search and an adaptive codebook search;
In at least one sound quality enhancement layer, a correlation d (n) between the target signal and impulse response signal required for the fixed codebook search detected in the basic layer, a pulse code, and the correlation d ( n), the correlation degree C corresponding to the size information of the correlation degree d (n), and the energy E of the impulse response signal, and generated by searching the fixed codebook in the base layer Searching for a fixed codebook by searching an algebraic codebook that associates each pulse, the sign of each pulse and the position of each pulse based on a parametric variable;
Multiplexing a signal generated by the base layer and the sound quality enhancement layer.
前記符号化された音声信号を復号化する段階と、
前記復号化段階で復号化された基本階層に対するコードブックと音質向上階層に対するコードブックとを前記音声信号符号化の動作条件によって選択的に伝送する段階と、
前記選択的に伝送されるコードブックと前記復号化段階で復号化された線形予測係数とを合成して復元された音声信号を生成する段階と、を含む音声信号復号化方法。 An audio signal decoding method for decoding an audio signal encoded into a base layer and at least one sound quality improvement layer by the audio signal encoding method according to any one of claims 13 to 16 ,
Decoding the encoded audio signal;
Selectively transmitting the codebook for the base layer and the codebook for the sound quality enhancement layer decoded in the decoding step according to the operation condition of the speech signal encoding;
Generating a restored speech signal by synthesizing the selectively transmitted codebook and the linear prediction coefficient decoded in the decoding step.
前記符号化された音声信号を基本階層に関する符号化情報と音質向上階層に関する符号化情報とにデマルチプレクスし、デマルチプレクスされた符号化情報をデコードすることを特徴とする請求項17に記載の音声信号復号化方法。 The decoding step includes
Claim 17, wherein the encoded audio signal demultiplexed into the encoded information related to the coding information and speech quality enhancement layer relating to the base layer, to decode the encoded information demultiplexing Audio signal decoding method.
前記復号化段階でデコードされた基本階層での固定コードブックの利得値とデコードされた音質向上階層で含まれる固定コードブックの利得値間の差を加算して前記音質向上階層での固定コードブックの利得値を復元する段階をさらに含むことを特徴とする請求項18に記載の音声信号復号化方法。 The audio signal decoding method includes:
The difference between the gain value of the fixed codebook in the base layer decoded in the decoding step and the gain value of the fixed codebook included in the decoded sound quality enhancement layer is added to fix the fixed codebook in the sound quality enhancement layer The audio signal decoding method according to claim 18 , further comprising: restoring a gain value of the audio signal.
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